É apenas uma pedra, de estrutura simples, composta por átomos do
elemento básico de toda forma de vida., o carbono. Raro, elaborado pela
natureza há milhões de anos em camadas profundas da Terra, o diamante
desde a Idade Média tem sido o ornamento mais fascinante e valioso das
coroas reais e das jóias das mulheres afortunadas. Ao longo das últimas
décadas ele se tornou também uma pedra preciosíssima para cientistas que
pesquisam materiais.
Essa jóia, porém, não é natural nem nasce no
fundo da Terra, mas em laboratórios. Como uma versão contemporânea dos
alquimistas medievais, que procuravam a pedra filosofal para transformar
chumbo em ouro, esses cientistas fazem diamantes a partir de
substâncias tão pouco nobres como grafita ou gás metano. Longe de criar
pedras para ornamentar anéis, eles buscam aperfeiçoar um material que
pode se tornar o trampolim de um novo salto tecnológico, promessa mais
concreta do que os badalados supercondutores cerâmicos anunciados alguns
anos atrás.
Por suas propriedades, os diamantes se constituem num
espécie de panacéia tecnológica, remédio para problemas em locais tão
diversos quanto usinagem de metais, instrumentos medidores de radiação,
computadores, naves espaciais e perfuração de petróleo. “Um diamante,
seja natural ou sintético, é o material mais duro que existe”, diz o
físico João Herz da Jornada, chefe do Grupo de Física de Altas Pressões
da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, que pesquisa a síntese de
diamantes há seis anos. Isso significa que a pedra risca e penetra
qualquer outro material, mas não pode ser riscada por nenhum deles. Duro
mas frágil: devido ao tipo de arranjo molecular dos átomos de carbono, o
diamante quebra quando leva pancadas em determinados planos. Mas sua
resistência à abrasão é poderosa, o que lhes permite desgastar de
cerâmicas a metais e sofrer bem pouco ataque.
Diamantes são também
os melhores condutores térmicos, ou seja, dissipam calor mais rápido
que qualquer outra substância, ao passo que são isolantes elétricos,
impedindo a passagem de correntes elétricas. Inertes quimicamente,
dificilmente reagem com outras substâncias, passando incólumes por
banhos de ácido capazes de dissolver metais.Tudo isso misturado numa só
pedrinha, e tem-se a receita de um material quase perfeito. Até 1955,
quando nos laboratórios da General Electric americana foi produzido o
primeiro diamante sintético, dependia-se apenas dos naturais que haviam
se dignado a subir à superfície da Terra. Somente em 1797, o químico
inglês Smithson Tennant provou que o diamante era simplesmente uma forma
de carbono: queimado na presença de oxigênio, virava dióxido de
carbono, como acontece com a grafita ou com o reles carvão vegetal. O
século e meio seguinte foi de corrida para ver quem descobria a receita
de transformar grafita em diamante, em que a GE chegou primeiro.O método
desenvolvido pela GE é a técnica de alta pressão e alta temperatura.
Junta-se um pouco de grafita, um catalisador (metais como ferro, cobalto
e níquel), faz-se um sanduíche de várias camadas, colocando-o no centro
de uma câmara de alta pressão. No Laboratório de Alta Pressão da
Federal gaúcha, montado com máquinas e equipamentos totalmente
projetados e construídos no Brasil (e iguais aos estrangeiros ), essa
câmara é o furo central de um disco de carboneto de tungstênio. uma liga
superdura.
Colocada numa prensa de 500 toneladas, a câmara
atinge a pressão de 50 000 a 60 000 atmosferas—1 atmosfera é a pressão
do ar ao nível do mar. Uma corrente elétrica passa então por dentro da
câmara e aquece o sanduíche na temperatura ideal de 1 500ºC. Em cinco
minutos, tem-se uma mistura solidificada de diamantes pequenininhos e
metal. Um banho de ácido dissolve o metal e ficam só as pedrinhas.
Parece simples, mas é preciso controlar muito bem temperatura e pressão,
para que o processo seja eficiente.Acima de 1 000 graus Celsius, o
diamante em pressão normal se grafitiza. Isso só não acontece na câmara
por causa da alta pressão, condição em que a forma estável do carbono é o
diamante. Quando se quer uma pedra maior, monocristalina, um pequeno
diamante é colocado na base da câmara, e ali o carbono vai se depositar,
fazendo-o crescer, num processo que pode demorar uma semana.Foi assim
que o laboratório da GE fabricou seu diamante ultrapuro, com 99,9% de
isótopos de carbono-12 (enquanto os naturais têm 99% ), e apenas 0,1% de
carbono-13, considerado uma impureza. Esse ultrapuro consegue a proeza
de conduzir calor com 50% a mais de eficiência do que o diamante
natural. Do diamante, costuma-se dizer que é para sempre, mas na verdade
não deveria ser nem por trinta segundos. Na temperatura e pressão da
superfície da Terra, a forma estável do carbono é a grafita. O diamante é
a forma metaestável, ou seja, só continua existindo porque não há
energia suficiente (alta temperatura) que sacuda seus átomos e o faça
retornar à forma estável, a grafita.
Calcula-se em 1 bilhão de
dólares anuais o mercado mundial de diamantes sintéticos, Graças a sua
dureza, o diamante entra em cena na indústria toda vez que ferramentas
normais não dão conta do serviço pesado. Só nos automóveis, cada um que
sai da linha de montagem deixa para trás 1 quilate (0.2 grama) de
diamante gasto em sua produção. Como nessa indústria trabalha-se muito
com peças e ferramentas de materiais duros e abrasivos, o diamante é
quem dá melhor resultado nas usinagens—retiradas de material para que as
peças atinjam as dimensões exigidas— e acabamentos. como polimento de
discos de freio ou dos cilindros dos motores. Quem faz esse trabalho é o
chamado policristalino de diamante, ou PCD, uma das formas de aplicação
do diamante industrial que nada tem a ver com as gemas vistosas
incrustadas nos anéis.Quase 90% dos diamantes industriais são
sintéticos. Pedrinhas minúsculas, com tamanho variável entre 1 200 e
0,25 mícrons (1 mícron é 1000 vezes menor que 1 milímetro), parecem a
olho nu um punhado de purpurina extremamente brilhante. O PCD é feito
com milhares de diamantes de 10 mícrons colocados sobre uma base de
metal-duro, uma liga de carboneto de tungstênio com cobalto. Sob alta
temperatura e pressão, o cobalto penetra nos interstícios entre os
diamantes, unindo os pedacinhos num corpo agora inteiro, com formatos
diversos e tamanhos de até 5 centímetros.
Além da indústria
automobilística, o PCD é usado na aeronáutica, para trabalhar os novos
materiais leves e resistentes como kevlar e fibra de carbono."No caso da
fibra de carbono, é imprescindível o uso de ferramentas que sustentem o
poder de corte por muito tempo, como as de diamante, pois se ficarem
cegas estragam a fibra", explica o engenheiro Luiz Carlos Caetano da
Silva, da De Beers Diamantes Industriais do Brasil. Outro processo de
construir ferramentas diamantadas é a sinterização, em que grãos de
diamantes são misturados a ligas metálicas que aprisionam esses grãos.
Essa liga cravejada de pedras pode ser posteriormente soldada a
diferentes bases, formando ferramentas como rebolos, serras e limas. Uma
das ferramentas mais importantes é a broca para perfuração de poços de
petróleo. Com o diamante sinterizado na ponta, a broca vai perfurando
várias camadas de rocha até perto de 4 000 metros de profundidade. Só o
diamante consegue chegar lá inteiro—ainda que as pedras sofram desgaste
no processo, ele é muito menor do que o sofrido por qualquer outro
material que fosse utilizado, tornando a broca resistente por mais
tempo. Segmentos sinterizados de diamantes são aplicados também em
serras. Elas cortam qualquer pedra que apareça pela frente, de mármore e
granito a concreto.
O método mais moderno de fabricar diamantes
sintéticos é chamado CVD, sigla de Chemical Vapour Deposition, ou
deposição de vapor químico, inventado por soviéticos há mais de dez
anos. Os avanços científicos e técnicos nesse método, nos últimos quatro
anos, transformaram- no na última moda em laboratórios de todo o mundo.
"Nesse processo, não se passa de uma fase a outra, mas de uma
substância a outra". afirma o físico Rogério Pohlmann Livi, do Grupo de
Altas Pressões da Federal do Rio Grande do Sul.A matéria-prima aqui não é
a grafita, mas o gás metano (CH4). Numa proporção de mais de 99% de
hidrogênio e menos de 1% de metano, o gás é levado a um recipiente de
vidro protegido com quartzo e passa por um filamento de tungstênio,
semelhante ao das lâmpadas domésticas, onde é aquecido a 2 000°C. A
temperatura ativa o gás e quebra as ligações moleculares, ocorrendo a
formação de radicais livres (CH3, CH2,CH, etc.). Em muitos experimentos o
gás é ativado por microondas, Iaser ou até mesmo pelas reações químicas
em maçaricos.Dentro do recipiente de vidro fica a base onde vai se
formar o diamante, o substrato, geralmente uma plaquinha de silício
mantida aquecida a 800°C. Cada molécula de CH3 se deposita sobre o
substrato, deixando ali o carbono e liberando o hidrogênio.
Os
átomos de carbono se arranjam então na forma de diamante, microscópicos
cristais nascendo ao longo do substrato, num processo chamado nucleação.
Os pequenos cristais de diamante espalhados pela superfície crescem até
se tocarem, formando uma camada continua. O resultado do CVD, portanto,
é um filme de diamante policristalino, ou seja, formado por milhares de
infinitesimais cristais de diamantes agregados.A invenção do CVD foi um
achado. É certo que ele ainda custa muito mais do que o de alta
pressão—calcula-se em 100 dólares por quilate—, pois são necessárias
cerca de dez horas de um consumo extraordinário de energia para fabricar
um 1 filme de 1.5 cm x 1.5 cm com até 10 mícrons de espessura. Apesar
do preço ainda elevado, essa nova técnica permite o revestimento de
diamante em superfícies relativamente extensas (atualmente mais de 100
centímetros quadrados) e com formas complexas, o que viabiliza um grande
número de novas aplicações.Por outro lado, para campos tão diferentes
como revestimentos antiabrasivos, ferramentas de corte e
microeletrônica, apenas camadas muito finas—e portanto baratas—são
necessárias. Estima-se que a introdução do processo CVD irá ampliar
consideravelmente o mercado do diamante sintético, dos atuais 1 bilhão
de dólares por ano para algo em torno de 7 bilhões de dólares por ano.
Imune a radiações, o diamante daria um ótimo passageiro a bordo de naves
espaciais, já que passaria ileso pelo mar de raios lá em cima, como os
ultravioleta e os raios X.
É uma janela perfeita também para
aparelhos de raios laser. Isso tudo, se ainda não é uma realidade
comercial, já é viável tecnologicamente. Porém, um dos grandes desafios
pelos quais fervilham os laboratórios que pesquisam materiais em todo o
mundo é aprender a usar o potencial do diamante como semicondutor, na
fabricação de chips com características muito melhores do que os
existentes hoje, baseados no silício.Melhor dissipador de calor já
nascido ou inventado, e transportando impulsos elétricos a velocidades
muito superiores à do silício o diamante poderia fazer maravilhas dentro
de um computador. Os chips de silício, que fazem o trabalho de
processar informação, já pedem água por tanto esforço que fazem. A
movimentação dos elétrons dentro deles produz calor—assim, quanto mais
informação passa mais ele fica quente—, e acima de 200 ou 300°C o chip
está destruído. A 1 50°C ele já não funciona direito, um problema sério
para computadores a bordo de automóveis, veículos militares e mísseis,
que nem sempre trabalham sob sombra e água fresca, como aconteceu
recentemente na Guerra do Golfo Pérsico. Supercomputadores, não fossem
seus eficientes sistemas de refrigeração, simplesmente não poderiam
funcionar.
Embora seja isolante elétrico, o diamante, tal e qual o
silício, vira um semicondutor quando dopado (adicionado de impurezas)
com outra substância, nesse caso o boro. Só que a confecção de chips de
diamante para computadores e outros equipamentos eletrônicos, pelas
mesmas tecnologias existentes para o silício, esbarra na inabilidade em
se produzirem camadas finas monocristalinas do material. Por enquanto,
só se consegue fazer crescer filmes policristalinos (um aglomerado de
monocristais).Por isso, em dezenas de laboratórios do mundo, existe hoje
uma corrida louca atrás do crescimento epitaxial (com a mesma
orientação cristalina) de diamante sobre silício e outros materiais,
tendo como resultado as duas camadas monocristalinas. “Mesmo que isso
seja conseguido, existem muitos outros problemas a serem resolvidos para
a fabricação de chips comerciais, como contatos elétricos, dopagern
seletiva, adesão de camadas e temperatura de funcionamento", adverte
João Herz da Jornada. De qualquer forma, protótipos de diodos e
transistores—peças básicas dos chips —feitos de diamante já provaram seu
funcionamento em laboratório. Fazê- los trabalhar no mundo real parece
ser uma questão de tempo e de desenvolvimento tecnológico. Quando esse
dia chegar, os computadores verão o futuro mais brilhante.
Caixa de reflexos
Antes
de ser lapidado, um diamante natural tem a aparência de uma pedra
qualquer. É nos cortes sofridos durante a lapidação que ele se
transforma numa verdadeira caixa refletora de luz. Qualquer que seja o
formato, de circular a quadrado, o importante é dar ao diamante a
proporção correta. Assim, a luz, ao entrar pela pane de cima da pedra,
reflete e sai também por cima, causando aos olhos a impressão de brilho.
Se a pedra ficar com um cone muito profundo, a luz reflete uma vez e
escapa para o lado. Num diamante raso demais, a luz passa direto e o
atravessa, sem refletir.Quando passa pelo processo de lapidação, um
diamante perde metade de seu peso original. É necessário extrair cerca
de 250 toneladas dos veios de kimberlito, a rocha que abriga os
diamantes formados a 160 quilômetros de profundidade numa temperatura de
cerca de 1 700° C, para se conseguir uma gema—uma pedra com pouca ou
quase nenhuma impureza, e de tamanho suficiente para ser cortada.
Francisco
Carneiro da Silva Filho, 24 anos, preferiu ficar longe das lavouras e
se especializar em lapidação (Foto: Anay Cury/G1)
Osmarina, dona da loja Pedra Joia, em
Juscelino Souza, dono da Opalas Pedro II
Marcos Vinícuis trabalha em ateliê de joia em Pedro II e
Antonio Ferreira Neto, 48 anos, chamado de Marola, é garimpeiro e lavrador desde os 17 (Foto: 
Opala lapidada, pronta para virar joia (Foto: Anay Cury/G1)
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